海洋立管作为海面平台与海底生产系统之间的重要纽带,是海洋开发过程中不可或缺的重要构件,其动态绕流特性一直受到学术界的高度关注。目前大多数研究集中在均匀来流下海洋立管的流激振动问题,而忽略了非均匀周期脉动流体的干扰作用。但海洋中流体流动更多的是以复杂的非线性流动形式出现,如剪切流、振荡流以及海洋内波、漩涡等非均匀来流。到目前为止,关于这些问题的研究很少,但是它们又是海洋工程必须面对和解决的重要课题。因此本文以海洋立管为研究背景,采用高保真的数值模拟手段,对非均匀周期性脉动干扰下的立管(圆柱)动态绕流特性进行了研究。其主要研究成果包括:(1)基于Incompact3d高性能三维并行计算构架,研究了基于浸入边界的高保真流固耦合数值计算方法。其空间离散采用六阶紧致差分格式,时间推进采用二阶Adams-Bashforth格式。为满足不可压缩条件,用分步投影法求解压力泊松方程,并借助快速傅里叶变换在谱空间实现快速求解。对于流固耦合边界,采用直接浸入边界法(IBM)进行有效处理。并通过经典的圆柱绕流数值算例,验证了计算方法的可靠性。(2)研究了高雷诺数下,单圆柱绕流、串联双圆柱绕流以及复杂翼面结构绕流的三维高保真的流动模拟,并对绕流流动特点和升阻力曲线进行了详细分析。同时对不同间距下串联双圆柱绕流流动特性和受力变化进行了研究,证实了临界间距的存在。(3)由上游圆形前缘和尖锐后缘组成的翼面结构的正弦周期性摆动而产生非均匀周期性脉动流场干扰,对其形成的尾迹干扰流场的特点进行了分析。并进一步研究了翼面结构不同摆动频率和摆动幅值对下游尾流场中立管受力特性的影响,同时还对翼面结构和立管之间的不同间距和立管在Y方向上的摆放位置对其受力的影响进行了研究。发现随着间距由S/D=5增加到S/D=8的过程中,下游圆柱所受平均阻力系数变化较为明显由-0.25增至0.5;而翼面结构的摆动频率对下游立管升力的波动摆动幅值影响较大,随着频率的增加波动幅值会突降为之前的1/2左右;对于下游立管在Y方向的摆放位置的影响主要体现在两侧对称位置上。立管所受的平均阻力大小近似,方向相同,但是平均升力则是大小近似,方向却正好相反。